Устройство для измерения толщины

Оп ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл.з С 01 В 7/06 Государственный омитет СССР по делам изобретений и отрытий(53) УДК 620.179,142 56(088 8) Дата опубликования описания 231281(71) Заявитель Отдел физики неразрушающего контроля(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины покрытий.Известно устройство для измерения толщины немагнитных покрытий на ферромагнитных материалах, содержащее генератор, преобразователь, блок формирования опорных напряжений, блок вычитания и регистратор 13 .Недостатком известного устройства является низкая точность измерений.Наиболее близким по.технической сущности к изобретению является устройство для измерения толщины, содержащее последовательно соединенные . генератор, преобразователь, пиковый детектор и блок автоматического переключения диапазонов измерения, блок формирования опорных напряжений, блок вычитания, соединенный с ним блок коррекции чувствительности измерения, и регистратор 23.Недостатки этого устройства - трудоемкость процесса калибровки и недостаточная точность.Цель изобретения - повышение точности измерений и автоматизация настройки устройства. Для достижения цели предлагаемоеустройство снабжено блоком выделения верхнего уровня рабочего диапазона измерения, один вход которого подключен к выходу блока автоматического переключения диапазонов измерения, второй вход - к выходу блока формирования опорных напряжений, а выход к блоку вычитания, блоком выделения 1 О нижнего уровня рабочего диапазона измерения, один вход которого соединен с выходом блока автоматического переключения диапазонов измерения, а второй вход - с выходом блока форми рования опорных напряжений, дополни"тельным блоком вычитания, входы которого соединены с выходами блока выделения верхнего уровня рабочего диапазона измерения и блока выделения ниж него Уровня рабочего диапазона измерения, а выход- со входом блока коррекции чувствительности измерения, и блоком суммирования, входы которого соединены с выходом блока коррекции 25 чувствительности измерения и блокаавтоматического переключения диапазонов измерения, а выход - с регистратором, а также блоком компенсации влияния знака производной сигнала 30 преобразователя, включенным междуйиковым детектором и блоком автоматического переключения диапазонов измерения, второй вход блока компенсации соединен с блоком формирования опорных напряжений, а выход соединен также с входами блока вычитания и блока Формирования опорных напряжений. При этом блок коррекции чувствительности измерения выполнен на основе схемы деления напряжений.На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 возбуждения, преобразователь 2, пиковый детектор 3 и блок 4 компенсации влияния знака производной сигнала преобразователя, который связан со входом 5 блока б автоматического переключения диапазонов измерения, входом / блока 8 вычитания и входом блока 9 формирования опорных напряжений. Вход 10 блока б автоматического переключения диапазонов иэмеренчя подключен к выходу блока 9 формирования опорных напряжений, выход 11 - к одному . из входов блока 12 суммирования, а выход 13 - к блоку 14 выделения верхнего уровня рабочего диапазона измерения. Вход 15 блока 14.выделения верхнего уровня рабочего диапазона измерения соединен с выходом блока 9 формирования опорных напряжений,входом 16 блока 8 вычитания и входом 17 дополнительного блока 18 вычитания. Вход 19 блока 20 выделения нижнего уровня рабочего диапазона измерения подключен к одному иэ выходов блока б автоматического переключения диапазонов измерения, вход 21 - к выходу блока 9 Формирования опорных напряжений,а выход - ко входу 22 дополнительного блока 18 вычитания. Выход блока 8 вычитания и выход 23 дополнительного блока 18 вычитания подключены к блоку 24 коррекции чувствительности измерэния, выход которого связан с одним из входов блока 12 суммирования. Один из входов блока 4 компенсации влияния знака производной сигнала преобразователя соединен с выходом блока 9 формирования опорных напряжений, а выход блока 12 суммирования связан с регистратором 25.Устройство работает следующим образом.Напряжение генератора 1 возбуждения поступаетв преобразователь 2, сигнал которого, несущий, информацию. о контролируемом параметре, детекти,руется пиковым детектором 3 и поступает по входу 5 в блок б автоматического переключения диапазонов измерения, где в соответствии с величиной сигнала включается необходимый рабочий диапазон измерений, Блок 9 формирования опорных напряжений задает уровни опорных напряжений как для блока б автоматического переключения диапазонов измерения, так и для блоков 14 и 20 выделения соответственно верхнего и нижнего уровней рабочего диапазона.Ввиду того, что характер зависимости выходной ЭДС преобразователя от величины толщины покрытия является нелинейным, при разбиении всего диапазона на поддиапаэоны чувстви-, тельность в каждом из них будет различной, нс если пользоваться не значениями Ое - Ос, а отношениямиОз-ОсОр -О1 де О- верхнее значение рабочего 15 диапазона, выделяемое бло.ком 14;Ов - нижнее значечие рабочего,циапазона, выделяемое блоком 202 О О- - величина сигнала преобразователя,то для каждого из поддиапазонов среднее значение чувствительности будетпостоянным.Таким образом, для любого поддиапазона требуется от его верхнегоуровня вычесть текущее значениесигнала и эту разность подать наодин из входов схемы деления напряжений - блока 24 коррекции чувстви О тельности измерения. На второй входсхемы,целения напряжений подаетсяразность верхнего и нижнего уровней рабочего диапазона. При включении, например, первого диапазона,на 35 входы 7 и 16 блока 8 вычитания поступают напряжения с пикового детектора 3 и блока 14 выделения верхнегоуровня рабочего диапазона измерения соответственно. На выходе блока 40 8 вычитания выделяется разность ОэО 0 , где Ор - верхний уровень первого диапазона, а Ос - значение сигнала преобразователя, соответствующеепервому диапазону,. и поступает наодин из входов блока 24 коррекциичувствительности измерения. На входы 17 и 22 блока 18 вычитания поступают напряжения О и Он соответстванно, где О- нижний уровень первого диапазона. На выходе 23 блока18 вычитания выделяется разностьО -О, и поступает на другой входблока 24 коррекции чувствительностиизмерения. С выхода блока 24 коррекции чувствительности измерения напряженйе поступает ча вход блока 12суммирования, где суммируется с напряжением, пропорциональным значениювыбранного диапазона измерения, идалее поступает на регистратор,где 0 и регистрируется измеряемая толщинапокрытия.Как правило, зависимость выходного сигнала преобразователя от измеряемой толщины покрытия является нелинейна убывающей, но довольно частовстречаются сочетания "покрытие-основа", для которых характеристикапреобразователя является нелинейновозрастающей.Характер зависимости может бытьопределен по знаку производной. Поэтому для расширения функциональныхвозможностей устройства предусмотрен блок 4 компенсации влиянии знакапроизводной преобразователя,одинвход которого подключен к выходу пикового детектора 3, другой вход - квыходу блока 9 формирования опорныхнапряжений, а выход - ко входам блока 8 вычитания, блока 6 автоматического переключения диапазонов измерения и блока 9 формирования опорныхнапряжений,При отрицательном значении производной сигнал в выхода пикового детектора 3 без изменений проходит через блок 4 компенсации влияния знака 20производной сигнала преобразователя,и зависимость выходного сигнала этого блока от толщины покрытия остается монотонно убывающей. При возрастающем характере зависимости (изменение знака производной) с блока 9 формирования опорных напряжений на одиниз входов блока 4 компенсации влияния знака производной сигнала преобразователя поступает опорное напряже- З 0ние, из которого производится вычита-.ние сигнала, снимаемого с пиковогодетектора 3. Вследствие этого зависимость сигнала на выходе блока 4 компенсации влияния знака производной от З 5,толщины будет также иметь вид монотон,но убывающей функции.В устройстве используется способ 40 Формула изобретения 1. Устройство для измерения толщины, содержащее последовательно соединенные генератор, преобразователь,пиковый детектор и блок автоматического преключения диапазона измерения, блок формирования опорных напряжений, блок вычитания, соединенный с ним блок коррекции чувствительности измерения и регистратор, о т л.,и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и автоматизации настройки устройства, оно снабжено блоком выделения верхнего уровня рабочего диапазона измерения, ,один вход которого подключен к выходу блока автоматического переключвния диапазонов измерения, второй вход - к выходу блока формирования опорных напряжений, а выход - к блоку вычитания, блоком выделения нижнего уровня рабочего диапазона измерения, один вход которого соединен 50 55 60 формирования опорных напряжений, основанный на последовательном запоминании опорных напряжений с помощьюизвестных аналоговых запоминающихустройств (интеграторов и др.). Прииспользовании для формирования опорных напряжений аналоговых запоминающих устройств выполнение блока коррекции чувствительности в виде делителя двух напряжений приводит к автоматизации процесса настройки, так какисключается регулировка этого блока,а запоминание опорных напряжений сводится к операции последовательнойустановки преобразователя на зталонирование покрытия для данной основы.Помимо этого, для удобства и оперативности формирования напряжений прииспользовании реэистивных делителейможно вместо точных измерительныхприборов использовать дифференциальные усилители и регистратор этогоже устройства. для этого при установ"ке выходных напряжений резистивныхделителей на один из входов блока12 суммирования можно подавать выходные эталонные напряжения пиковогодетектора 3, а на другой - выходноенапряжение реэистивных делителей блока 9 формирования опорных напряжений, Равенство напряжений будет отмечаться при нулевом показании регистратора.Использование отношения напряжений приводит также к увеличению точности измерения, так как при этомисключается нестабильность коэффициентов передач, общих для числителяи знаменателя измеряемого отношения,и тех факторов, которые приводят ксимметричным колебаниям его для однотипных, но различных цепей (например, влияние нестабильности источников питания, температуры окружающейсреды и т.д.).Кроме того, благодаря наличию блока компенсации знака производной,устройство может осуществлять измерение как в случае убывающей характеристики преобразователя, так и вслучае возрастающей характеристики,а значит может обеспечить измерениене только толщины покрытия, но итолщину изделий, например, листовыхматериалов.В устройстве могут использоватьсяпреобразователи с различным принципом работы, например электромагнитные, СВЧ, ультразвуковые и др., в соответствии с требованиями, предъявляемыми задачей, решаемой устройством в каждом койкретном случае,Устройство обеспечивает индикациюизмеряемой толщины покрытия непосредственно в микрометрах, представленную в десятичном или другом коде,а также ввод на цифропечать, АСУ илиЭВМ. Кроме того, при необходимостидает сигнал о выходе измеряемой толщины за определен ые пределы, чтои обеспечивает в конечном итоге активный контроль,645венного коетений и оЖ, Рауш 06/60 Тираж ВНИИПИ Государс по делам изобр 113035, Москва, ак Подписнотета СССРрытийая наб., д. ППП "Патент", г. ужгород, ул, Проектная И 2 с выходом блока автоматического переключения диапазонов измерения, а второй вход - с выходом блока формирования опорных напряжений, дополнительным блоком вычитания, входы которого соединены с выходами блока выделения верхнего уровня рабочего диапазона измерения и блока выделения нижнего уровня рабочего диапазона измерения, а выход - с входом блока коррекции чувствительности измерения и блоком суммирования, входы которого соединены с выходом блока коррекции чувствительности измерения, и блока автоматического переключения диапазонов измерения, а выход - с регистратором.2. Устройствопо п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено блоком компенсации влияния знака производной сигнала преобразователя, включенным между пиковым детектором и блоком автоматического переключения диапазонов измерения, второй вход блока компенсации соединен с бло. ком формирования опорных напряжений, а выход соединен также с входами блока вычитания и блока формирования опорных напряжений.3. устройство по пп, 1 и 2, о т-л и ч а ю щ е е с я тем, что блок . коррекции чувствительности измерения выполнен на основе схемы деления напряжений. У Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Валитов А.М.-З. и др. Приборы и методы контроля толщины покрытий. М., "Машиностроение", 1970, с. 6085. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2302615,кл. С 01 В 7/06,20 1975 (прототип).